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L'effet Doppler-Fizeau fut découvert par Christian Doppler en 1842 et expliqué par Hippolyte Fizeau en 1848. On peut observer ce phénomène lorsque un objet émet des ondes tout en étant lui-même en mouvement. L'effet sur les ondes sonores est assez facilement perceptible, même à des vitesses assez basses.
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OBJET IMMOBILE Lorsqu'un objet immobile émet un son continu, les ondes sonores s'éloignent de la même façon dans toutes les directions autour de lui. Des observateurs situés de part ou d'autre (points A et B) entendront la même chose.
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OBJET EN MOUVEMENT Lorsque l'objet qui émet le son se déplace en même temps, les ondes successives ne sont pas produites à partir du même point car l'objet se déplace entre chaque nouvelle onde : la première onde se propage à partir du point de départ. La seconde se propage à partir d'un second point, légèrement décalé. La troisième se propage à partir d'un troisième point décalé et ainsi de suite. Les ondes produites étant décentrées, elles sont donc comprimées dans le sens du mouvement de l'objet (on voit qu'elles sont resserrées). La fréquence des ondes augmente au point D (son plus aigu). Dans la direction d'où vient l'objet, les ondes sont étirées et donc au point C, la fréquence des ondes diminue (son plus grave) En conséquence, un observateur percevra un son plus aigu lorsqu'un objet se dirige vers lui et il percevra un son plus grave lorsqu'un objet s'éloigne. |
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EFFETS SONORES C'est pour cela qu’un piéton perçoit une diminution de fréquence du son lorsqu'une automobile passe devant lui. On observe ce phénomène pour tout objet émettant des ondes en se déplaçant. |
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| EFFETS LUMINEUX En observant le spectre lumineux d'astres (étoiles, galaxies), on peut déterminer si l'astre en question s'approche ou s'éloigne de nous. Un observateur regardant un objet s'éloignant de lui percevra des ondes lumineuses dont la longueur d'onde est étirée. La couleur perçue est plus rouge. Cependant, la différence est trop petite pour être perceptible à l'œil et en plus, la température de l'astre influence sa couleur. Le spectre lumineux est un bon repère car on connaît le spectre d'un objet fixe.
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| Le spectre lumineux de la galaxie d'Andromède est décalé vers le bleu. Elle se dirige vers nous. |  |
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En 1914, l'astronome américain Vesto Slipher observa une quinzaine de
galaxies et découvrit que leur spectre lumineux était très nettement
décalé vers le rouge, c'est-à-dire vers les basses fréquences (effet
Doppler-Fizeau appliqué à la lumière). Il conclut alors que ces galaxies
s’éloignaient de nous.
Un peu plus tard, Edwin Hubble énonça une loi relative à la vitesse de fuite des galaxies. Tout ceci amena l'abbé Georges Lemaître à énoncer en 1927 l'hypothèse de l’expansion de l’Univers, connue plus tard sous le nom de Big Bang. |
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D’un point de vue plus terre-à-terre, de nombreux radars fonctionnent en
utilisant l’effet Doppler-Fizeau. Le radar émet une onde d’une certaine
longueur. Lorsque l’onde frappe un objet, elle revient vers le radar. La
modification de la longueur d’onde permet de mesurer la vitesse de
l’objet. Radar de police, d'aviation, radar météorologique |
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